均压通风技术在治理综采工作面回风隅角缺氧的应用

吕鹏飞，林 看，王少珂

(天地(榆林)开采工程技术有限公司，陕西 榆林 719000)

0 引言

均压通风技术是利用通风设施、风机、调压设施和巷道等手段，通过改变某一区域的空气压力分布，来改变漏风方向或减少漏风的通风方法。针对神南矿区的浅埋、多煤层、厚煤层大采高工作面开采过程中产生的裂缝直达地表，造成采空区和地面导通，由于煤层氧化等因素，导致矿区内存在面积较大的低氧区，在通风负压作用下进入工作面，造成缺氧等问题，对矿井的安全生产造成很大的威胁。因此，加强完善治理隅角缺氧技术问题至关重要。

1 概况

神南某矿批准可采煤层5层，煤层结构简单，矿井采用斜井多水平开拓方式。设计生产能力1.5 Mt/a，走向长壁综合机械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶部。矿井通风方式为中央并列式，通风方法为机械抽出式。矿井属低瓦斯矿井，煤尘具有爆炸性，属Ⅰ类易自燃煤层。该矿4-3号煤层开采的24307工作面，其上部17 m垂高为4-2号煤层老采空区，57 m垂高为3-1号煤层老采空区。24307工作面北部为24309工作面(未回采)，南部为24305工作面采空区，西部为大巷，东部为矿界煤柱。24307工作面倾向长为200 m，走向长1 164 m，煤层厚度1.3～1.4 m，倾角为0°～1°，煤层稳定，结构简单。24307 工作面采用双巷布置，一进一回“U”型通风，即主运顺槽进风，回风顺槽回风，如图1所示。

图1 24307工作面通风系统示意Fig.1 Ventilation system of 24307 working face

2 原因分析

2021年1月14日工作面推至760 m处，检查发现24307回风隅角至工作面运输机机尾氧气含量低于18%，立即采取两顺隅角封堵、设置导风帘、增大工作面风量(562 m3/min调整到850 m3/min)。采取措施后，回风隅角氧气很快升高到18%以上，但1 d后(1月15日后)，回风隅角氧气含量下降至14%左右，制约工作面回采安全。

分析认为4-3号煤层开采的24307工作面，距4-2号煤层采空区仅仅17 m，距3-1号煤层采空区57 m。4-2号煤层和3-1号煤层采空区里有大量低氧气体。24307工作面开采后，在煤层埋深浅的区域冒落、裂隙两带存在导通地表。在井下负压的作用下，形成了地表→3-1号煤层采空区→4-2号煤层采空区→24307工作面的垂直漏风通道，使采空区大量低氧气体下泄，导致24307工作面回风隅角氧气浓度低于18%。这是造成工作面上隅角缺氧的重要原因。

3 均压通风技术的方案

鉴于以上原因，为防止上部采空区低氧气体下泄，决定采用均压通风技术治理工作面回风隅角缺氧问题。

3.1 均压风机选型

均压风机的选择主要根据均压工作面所需风量和风压来选择。24307工作面在实施负压通风时工作面风量为509 m3/min，工作面进、回风顺槽和工作面的总长度为1 000 m，其通风阻力为900 Pa，因此选取的均压风机的总风量必须大于509 m3/min，风压大于900 Pa。由于在实施均压通风时，有30%左右的风量要返回进风风门，只有70%的有效风量进入工作面，因此均压风机的实际风量应为730 m3/min，根据风量和风压需求，选取2台BDYNO7.1型对旋式局部通风机，额定风量为500～750 m3/min，风压为900～6 300 Pa，功率为2×45 kW的对旋式局部通风机，且为双风机双电源。

3.2 均压通风方法

24307工作面实施均压通风的方法如图2所示：在工作面的主运顺槽进风口处BDYNO7.1型对旋式局部通风机，φ800 mm风筒联接均压风机，穿过两道均压风门后再延长200 m，这样可以减少风筒风流返流到均压风门外。在回风顺槽设置2道调压风门，在调压风门上设调节风窗和水柱计，也可设置负压传感器。

图2 24307工作面均压通风系统示意Fig.2 Pressure equalizing ventilation system of 24307 working face

根据经验，工作面比地表的压力要低150～300 Pa，所以将工作面的压力提高150～300 Pa。工作面回顺风流为509 m3/min左右，风窗面积的调节达到既要使地表少向采空区漏风，又要使局部通风机风流少流向采空区，还必须使工作面上隅角微微向外出风，以便掌握采空区内气体状况。均压区内所有风门均向里开，以便适应均压风流的风压。为保持均压，在均压系统中通向外部的联络巷道需全部构筑密闭。

3.3 均压压力设置

为保持工作面压力与上部4-2号煤层采空区的压力平衡，在工作面主运顺槽向上部的4-2号煤层采空区打钻孔1个，在钻孔中设置水柱计。

工作面均压压力设置原则为：即要将上部有害气体压入上部采空区，又要使上隅角气体轻微向外出气，便于掌握本层采空区的气体浓度。具体为：回风隅角氧浓度大于18%，并能监测到少量的CO2气体为准，根据经验，一般为150～300 Pa。

3.4 均压系统运行注意事项

3.4.1 系统启动前准备

当确定开启均压系统时，必须将24307工作面及其进回风巷内全部非本质安全型电气设备开关打至零位，并撤出工作面及两巷所有人员。

3.4.2 系统调试注意事项

开启均压通风机后，先关闭回风巷均压风门，后关闭进风巷均压调节风门，逐步调整通风系统。

密切关注并调整气体参数：要密切关注工作面气体参数变化，不断调整均压调节风门，确保工作面气体正常与通风系统稳定。调整的最终结果为：24307工作面主运顺槽风量保持不低于设计风量(509 m3/min)，同时进、回风顺槽均压风门内外的压差均保持在150～300 Pa，工作面与邻近采空区压能基本平衡。

测试运行并限制人员进入：启动时，所有人员不得进入均压区域。均压系统试运行8 h以上并稳定后，瓦检员进入24307工作面检查回风隅角、工作面及回风流气体情况，确定CO<24×10-6、CO2<1.5%，O2>18%后，方可允许其他人员进入工作面作业。

3.4.3 系统故障处理

当均压工作面主风机停运、备用风机开启或均压工作面主、备风机全部因停电停止运转以及均压风门受到破坏造成工作面泄压，以上人员应采取以下措施。

均压工作面主风机停运、备用风机开启：①工作面人员发现风机运转不正常时，安全员、瓦检员及综采队跟班领导必须立即将工作面、进风顺槽及回风顺槽超前支护20 m范围内所有人员沿进风顺槽撤离到进风巷新鲜风流中，同时负责将回风顺槽超前支护20 m范围外及在回风流作业的所有人员沿回风顺槽撤到新鲜风流中。②工作面人员全部撤出后，由瓦检员、安全员和跟班领导核对人数，并在工作面运顺、回顺口设警拦人，禁止任何人员进入，向矿调度汇报。等待查明原因后，主、备风机全部恢复正常，方可恢复正常生产。

均压工作面主、备风机全部因停电停止运转：①工作面人员发现风机停止运转后，安全员、瓦检员及综采队跟班领导立即将工作面、进风顺槽及回风顺槽超前支护20 m范围内所有人员沿进风顺槽撤离到巷道新鲜风流中，同时负责将回风顺槽超前支护20 m范围外及在回风流作业所有人员沿回风顺槽撤到巷道新鲜风流中。②看风机人员立即打开均压风门，然后通知回顺巷看护风门人员，看护风门人员在瓦检员、通风工的配合下根据现场实测风量和气体情况来决定打开均压调节风门大小，形成全负压通风系统。③工作面人员全部撤出后，由瓦检员、安监员和跟班领导核对人数，并在工作面巷口设警拦人，禁止任何人员进入，向矿调度汇报。

均压风门受到破坏造成工作面泄压：①看风门人员应立即通知工作面人员，工作面人员接到报警后，安全员、瓦检员及综采队跟班领导立即将工作面、进风顺槽及回风顺槽超前支护20 m范围内所有人员沿进风顺槽撤离到巷道新鲜风流中，同时负责将回风顺槽超前支护20 m范围外及在回风流作业所有人员沿回风顺槽撤到巷道风流中。并切断均压区域内所有非本质安全型电源。②看风机人员立即打开均压风门，然后通知回顺巷看护风门人员，看护风门人员在瓦检员、通风工配合下根据现场实测风量和气体情况决定打开均压调节风门大小，形成全负压通风系统。③由瓦检员、安全员和跟班领导清点人数并向矿调度汇报，值班领导组织人员处理。同时设置警戒严禁人员进入工作面。④通风人员接到井下汇报时及时安排风门维修人员对均压风门进行修复，修复风门前由瓦检员对均压风门前的各种气体进行检测，各种气体都在《煤矿安全规程》规定的范围内，风门维修人员方可修复风门。

3.4.4 作业人员岗位职责

为了保证均压系统稳定，需要每班配备专职瓦检员、安全员、均压风机司机、均压调节风门看护工、电钳工、通风工各1名，具体岗位职责如下。

瓦检员：对工作面、回风隅角、回风流中瓦斯、一氧化碳、二氧化碳、氧气、温度等每班检测3次。

安全员：全面负责安全生产监督、监管工作。

均压风机司机：看护均压风机和运输顺槽均压风门，并观察“U”型压差计读数，做好每班3次风机运行记录及一次风门完好情况记录。

均压调节风门看护工：看护回风顺槽2道均压调节风门，并观察U型压差计读数，做好一次风门完好情况记录。

通风工：对工作面有害气体、压力、风量情况每班监测3次，并做好记录台账；有异常情况时要及时通知矿调度。

电钳工：负责每日均压风机维护。

3.4.5 其他重要事项

严禁同时打开两道风门。

4 均压系统运行效果分析

均压通风技术实施前后工作面各项气体参数，见表1、2。从表1和表2可以看出：采用均压通风技术后工作面回风隅角CO、CO2气体浓度明显下降，甚至CO气体降为0；工作面回风隅角O2浓度>18%；主运顺槽、工作面、回风顺槽压力明显上升；主运顺槽、工作面、回风顺槽风量明显减少，均压前回风顺槽比主运顺槽多105 m3/min，均压后回风顺槽比主运顺槽少25 m3/min。通过瓦检员、测风员连续监测，发现均压通风技术实施后，各项参数值基本保持恒定。通过采用均压通风技术进行治理，对采空区中的有毒有害气体溢出现象能够起到抑制作用，从而提高上隅角氧气浓度，使低氧问题得到解决，实现了安全生产。

表1 采用均压通风技术前工作面气体参数Table 1 Gas parameters of working face before using pressure equalizing ventilation technology

表2 采用均压通风技术后工作面气体参数Table 2 Gas parameters of working face after using pressure equalizing ventilation technology

5 结语

因矿井为多煤层开采，井田周边存在小窑采空区，采空区条件复杂、技术管理准度大，矿井始终坚持“预防为主，防治结合”的方针，加强气体人工+在线监测手段，超前分析评估。根据矿井低氧原因及矿井实际情况，因地制宜应用地面裂隙回填、密闭漏风处理、均压通风、加快推进速度等技术手段和方法，取得了良好的隅角低氧治理效果，保证了矿井的安全生产，为治理隅角缺氧技术积累了经验。